Przep‚ywy dwufazowe. (PPT, 3MB)

  • View
    220

  • Download
    3

Embed Size (px)

Text of Przep‚ywy dwufazowe. (PPT, 3MB)

  • Wykad Nr 13PRZEPYWY DWUFAZOWE

  • 1. WstpPrzepyw dwufazowy wsplny przepyw dwch faz.Rozrnia si trzy zasadnicze formy przepyww dwufazowych:gaz-ciecz lub para-ciecz,gaz-faza staa,ciecz-faza staa.

    Faza rozproszona powstaje najczciej w wyniku rozdrobnienia mechanicznego. Z substancji staej, ciekej lub gazowej powstaj czstki, krople i pcherze.

  • 1.1. Przykady fazy rozproszonej1. Py zawiera zbir czstek ciaa staego. Czasem nazywany jest 4 stanem skupienia ze wzgldu na swoje zupenie odmienne zachowanie. Charakteryzuje si olbrzymi powierzchni co wpywa na takie jego waciwoci jak wybuchowo, niemono wypywu ze zbiornika. Charakterystyczn wielkoci jest stenie decydujce o jego ruchu. Np. py o rozmiarze 5m zawieszony w atmosferze ziemskiej tworzy trway aerozol, bardzo wolno opadajcy. Natomiast przy transporcie pneumatycznym ten sam py o steniu masowym 10 razy wikszym od powietrza opada prawie natychmiast tworzc tzw. zawiesin. W literaturze ang. mniej ni 76m dust, wiksze ni 76m grit.

  • 2. Dym zawiera czstki stae lub cieke wytwarzane przy spalaniu lub kondesacji. Za grn granic rozmiaru czstek przyjmuje si 10m. W literaturze ang. 1-5m smoke, mniej ni 1m fume.

    3. Mga skada si z kropelek cieczy zawieszonych w gazie i powstaje przez kondensacj pary albo dziaania mechaniczne (rozpylanie, rozerwanie strug lub bon cieczy). W literaturze ang. mniej ni10m mist, wiksze ni 10m fog.

  • 1.2. Rodzaje oddziaywania w przepywach dwufazowych

    Aglomeracja - czenie si czstek w wiksze zespoy (aglomeraty) wskutek zlepiania, sprasowywania lub spiekania. Skonno do aglomeracji dotyczy gwnie maych czstek. Aglomeracja znajduje zastosowanie w takich dziedzinach jak farmacja, produkcja ywnoci, produkcja nawozw, przemys ceramiczny, metalurgia proszkw, wzbogacanie mineraw.

  • 2. Koagulacja - czenie czstek staych, kropel lub pcherzy, proces podobny do aglomeracji tylko, e zachodzcy na poziomie molekularnym prowadzcy do wytrcania si osadu. Np. W procesie uzdatniania wody, dodatnie jony elektrolitu przycigaj ujemne czstki zawiesiny. Koagulacja zachodzi we wzgldnie rzadkich roztworach gazowych lub cieczowych. Moe by spowodowana dziaaniem elektrolitw, drga o wysokiej czstotliwoci, wstrzsaniem.

  • 3. Koalescencja proces czenia kropel lub pcherzy w emulsjach, pianach, mgach. Np. zachodzi w czasie opadania kropel w atmosferze w wyniku opadania wikszych kropel z wiksz prdkoci ni mniejsze co prowadzi do zderze.

  • 2. Ksztat czstek, kropel i pcherzyKsztat czstek moe by rnorodny przez co wystpuj trudnoci w opisie matematycznym takich waciwoci jak upakowanie czstek w spoczynku, wyznaczeniu oporw podczas ruchu.Rys.1. Przyporzdkowanie czstkom regularnym figur paskich

  • Jedn z metod podawania wymiarw czstki jest propozycja Heywooda oparta na zaoeniu, e kada czstka powinna by okrelona za pomoc jednego charakterystycznego rozmiaru.Podstawowymi wielkociami kadej czstki s objto oraz pole powierzchni proporcjonalne odpowiednio do szecianu lub kwadratu wymiaru charakterystycznego.gdzie s, v s odpowiednio powierzchniowym i objtociowym wspczynnikiem ksztatu rwnym

  • Tabela 1. rednice zastpcze czstek

    Oznaczenie

    Nazwa

    Definicja

    Wzr

    dv

    rednica objtociowa

    rednica kuli o takiej samej objtoci jak objto czstki

    3

    6

    v

    d

    V

    p

    =

    ds

    rednica powierzchniowa

    rednica kuli o takim samym polu powierzchni jak pole powierzchni czstki

    2

    s

    d

    S

    p

    =

    dsv

    rednica powierzchniowo

    objtociowa

    rednica kuli o takim samym stosunku pola powierzchni do objtoci jak w przypadku czstki

    2

    3

    s

    v

    sv

    d

    d

    d

    =

    dd

    rednica oporu czoowego

    rednica kuli o takim samym oporze jak opr czstki podczas ruchu z tak sam prdkoci w pynie o takiej samej lepkoci

    EMBED Equation.3 v

    d

    R

    d

    m

    p

    3

    =

    dla Re < 0,2

    df

    rednica swobodnego

    spadku

    rednica kuli o takiej samej gstoci, jak ma czstka, i opadajcej z tak sam prdkoci w pynie o takiej samej gstoci i lepkoci

    da

    rednica powierzchni

    rzutu

    rednica koa o takim samym polu powierzchni jak pole powierzchni rzutu czstki znajdujcej si w pozycji stabilnej

    dp

    rednica powierzchni

    rzutu

    rednica koa o taki samym polu powierzchni jak pole powierzchni rzutu czstki znajdujcej si w pozycji przypadkowej

    rednia warto dp dla wszystkich moliwych pozycji wynosi ds

    dc

    rednica obwodowa

    rednica koa o takim samym obwodzie jak rzut obrysu czstki

    dc=dF

    dA

    rednica sitowa

    rozmiar minimalnego kwadratowego oczka sita, przez ktre przejdzie czstka

    dF

    rednica Fereta

    rednia odlego pomidzy par rwnolegych stycznych wzgldem obrysu rzutu czstki

    dM

    rednica Martina

    rednia dugo ciciwy obrysu rzutu czstki, czyli dugo linii dzielcej na poowy pole obrysu czstki

    _1336329478.unknown

    _1336329601.unknown

    _1336329809.unknown

    _1336329348.unknown

  • Powierzchnia midzyfazowa jest to powierzchnia rozdziau faz rozproszonej i cigej. Oglnie powierzchnia midzyfazowa moe ulega zmianom w wyniku np. czenia lub rozpadania kropli lub pcherzy.atwiej jest oceni powierzchni czstek fazy staej, bo nie ulegaj zmianie w czasie ruchu.Objto czstki o dowolnym ksztacie wynosiK1- wspczynnik ksztatu, L-wymiar charakterystyczny (krawd, rednica itp.)Np. objto czstki kulistej wynosistd wspczynnik ksztatu

  • Masa dowolnej czstki wynosiDla czstki kulistej masa wynosiPowierzchnia dowolnej czstki wynosiDla czstki kulistej powierzchnia wynosi

  • 3. Udzia fazy cigej i rozproszonejStenie objtociowe (koncentracja objtociowa) stosunek objtoci fazy rozproszonej V2 do objtoci mieszaniny. Dla przepyww jednowymiarowych jest to stosunek pola przekroju poprzecznego strugi fazy rozproszonej A2, do pola przekroju poprzecznej A caej mieszaniny.W przypadku mieszanin cieczowo-parowych za V2 przyjmuje si objto fazy lejszej.Stenie objtociowe moe by:lokalne w danym punkcie (oraz chwili czasowej)

  • urednione w przekroju poprzecznym

    urednione objtociowo

    Stenie masowe (koncentracja masowa) stosunek masy fazy rozproszonej m2 do objtoci mieszaniny m.Zaleno pomidzy steniem objtociowym a masowym

  • W przypadku duych ste fazy rozproszonej jak rwnie duych czstek stosowane jest pojcie porowatocijest to objto porw tj. fazy cigej pynu do objtoci mieszaniny. Dla przepyww jednowymiarowych jest to stosunek pola przekroju poprzecznego A1 przypadajcego na faz cig do pola przekroju cakowitego strugi dwufazowej A.Zaleno pomidzy steniem objtociowym a porowatociPorowato przedstawia procentowy udzia pynu, stenie objtociowe procentowy udzia porw.

  • GstoGsto rzeczywista - stosunek masy czstki do jej objtoci statycznej (pomniejszonej o objto porw).Gsto pozorna (kinetyczna) stosunek masy czstki do jej objtoci kinetycznej (pozornej) tj. wraz z porami.Gsto nasypowa stosunek masy czstek do cakowitej ich objtoci wraz z porami. Gsto nasypowa zaley w takim razie od porowatoci warstwy (upakowania warstw). W zalenoci od metody pomiarowej wartoci mog rni si 5-20%.rednia gsto mieszaniny dwufazowej w przypadku uycia stenia objtociowego i porowatoci wynosi

  • Natomiast w przypadku uycia stenia masowego cmJeli znamy gsto redni mieszaniny moemy okreli gstoci fazy cigej 1 i rozproszonej 2Przedstawione waciwoci dotycz mieszaniny dwufazowej pozostajcej w spoczynku lub przepywu bezpolizgowego (obie fazy poruszaj si z t sam prdkoci)

  • LepkoW przypadku mieszanin dwufazowych czsto mamy do czynienia z pynami nienewtonowskimi, w ktrych dokadne wyznaczenie lepkoci jest albo bardzo trudne albo niemoliwe.Model McAdamsa, Cicchitti, Duklera

    gdzie vc, vg, v prdkoci zredukowane (odniesione do caego przekroju poprzecznego strugi) odpowiednio cieczy, gazu i mieszaniny dwufazowej.

  • Model Taylora dla maych ste (2-3%) fazy rozproszonej

    Model Thomasa dla rnych ste

  • 4. Warstwa fluidalnaWarstwa fluidalna zawiesina drobnych czstek fazy staej w strumieniu gazu lub cieczy poruszajcym si od dou do gry. Przepyw przez warstw fluidaln mona wykazuje podobiestwo do przepywu gazu przez ciecz. a) ruch drobnych pcherzy gazub) ruch duych pcherzy gazu1. warstwa fluidalna2. ciecz

  • W warstwie fluidalnej mona zaobserwowa, e lepko warstwy fluidalnej maleje ze wzrostem szybkoci cinania, zwaszcza w pocztkowej fazie kiedy odlegoci pomidzy czstkami s mae;wraz ze wzrostem rozmiarw czsteczek oraz ich gstoci lepko warstwy fluidalnej ronie;dodanie drobnych czstek do grubych frakcji obnia znacznie lepko warstwy,Dodanie duej iloci grubego materiau do warstwy drobnych czstek ma may wpyw na lepko.

  • 5. Struktura przepyww dwufazowychStruktura ciecz-gaz jest znacznie bardziej zoona od struktur zawierajcych faz sta ze wzgldu na brak sprystoci postaciowej obu orodkw.* wystpujcy w bardzo szczeglnych sytuacjach

    GAZCIECZ

    Rodzaj przepywucigycigycigyniecigyniecigycigyniecigy*niecigy*

  • Na struktur przepywu dwufazowego adiabatycznego ma wpyw:strumie objtoci kadej fazy;gsto i lepko kadej fazy oraz napicie powierzchniowe cieczy;kt nachylenia przewodu;

    GAZCIECZRodzaj przepywulaminarnylaminarnylaminarnyturbulentnyturbulentnylaminarnyturbulentnyturbulentny

  • kierunek przepywu (do gry, na d, wspprdowy, przeciwprdowy;cinienie;rozmiary przewodu (rednica);uksztatowanie wzdune przewodu;sposb doprowadzenia obu faz do przewodu;dugo wlotowa przewodu.

    Struktura ukadw cieczowo-gazowych moe zmienia si z dugoci i przekrojem przewodu oraz upywem czasu.

  • Dlatego w praktyce przepywu dwufazowe s trjwymiarowe oraz nieustalone. Stworzenie i rozwizani